(57)【要約】  【課題】  送風機を用いたレーザ発振装置およびレーザ加工機において、特に配管の詰まりなどによる不具合の拡大を未然に防ぎ、長期に渡って安定して使用できる信頼性の高い装置を安価に提供する。  【解決手段】  レーザガス流路１０からレーザガスを排出する少なくとも一つ以上の弁を備えた主排出機構２５と、送風手段の駆動部２２からレーザガスを排出する副排出機構２６と、レーザガスの供給弁３１の開閉周期を検出する制御装置３０を備え、主排出機構２５の弁の開時および閉時それぞれにおける、供給弁３１の開閉周期を検出し、弁の開時および閉時の値を比較する事で、アラームを発生させる手段を設ける。【選択図】  図１
2006012876.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザガスを励起する放電手段と、レーザガスを送風する送風手段と、前記放電手段と送風手段との間のレーザガスの循環経路を形成するレーザガス経路と、前記送風手段を駆動する駆動部と、前記レーザガス経路にレーザガスを供給するための少なくとも一つ以上の弁を備えた供給機構と、前記レーザガス経路からレーザガスを排出するための少なくとも一つ以上の弁を備えた主排出機構と、前記駆動部からレーザガスを排出する副排出機構と、前記主排出機構と副排出機構との合計もしくは副排出機構のレーザガス排出量の検出手段を備え、前記主排出機構の弁の開時と閉時のそれぞれにおけるレーザガス排出量を比較する制御装置を設けたガスレーザ発振装置。
【請求項２】
前記供給機構の弁の開閉周期検出手段を設け、前記制御装置で前記主排出機構の弁の開時と閉時のそれぞれにおける前記供給機構の弁の開閉周期検出手段からの信号を比較する請求項１記載のガスレーザ発振装置。
【請求項３】
レーザガス排出量検出手段として、前記主排出機構と副排出機構との合流後の流量を測定する流量センサを用いる請求項１記載のガスレーザ発振装置。
【請求項４】
レーザガス排出量検出手段として、前記副排出機構に流量を測定する流量センサを用いる請求項１記載のガスレーザ発振装置。
【請求項５】
レーザガス排出量検出手段として、前記副排出機構の少なくとも２箇所以上にガス圧力検出手段と、ガス圧力検出手段よりの信号に基づき演算を行う手段を設けた請求項１記載のガスレーザ発振装置。
【請求項６】
レーザガスを励起する放電手段と、レーザガスを送風する送風手段と、前記放電手段と送風手段との間のレーザガスの循環経路を形成するレーザガス経路と、前記送風手段を駆動する駆動部と、前記レーザガス経路にレーザガスを供給するための少なくとも一つ以上の弁を備えた供給機構と、前記レーザガス経路からレーザガスを排出するための少なくとも一つ以上の弁を備えた主排出機構と、前記駆動部からレーザガスを排出する副排出機構と、前記主排出機構と副排出機構との合計もしくは副排出機構のレーザガス排出量の検出手段を備え、前記主排出機構の弁の開時と閉時のそれぞれにおけるレーザガス排出量を比較する制御装置を設けたガスレーザ加工機。
【請求項７】
前記供給機構の弁の開閉周期検出手段を備え、前記主排出機構の弁の開時および閉時それぞれにおける、前記供給機構の弁の開閉周期検出手段よりの信号を相互に比較あるいは所定の値と比較し、アラームを発生させる手段を備えた請求項６記載のガスレーザ加工機。
【請求項８】
前記供給機構の弁の開閉周期検出手段を設け、前記制御装置で前記主排出機構の弁の開時と閉時のそれぞれにおける前記供給機構の弁の開閉周期検出手段からの信号を比較する請求項６記載のガスレーザ加工機。
【請求項９】
レーザガス排出量検出手段として、前記主排出機構と副排出機構との合流後の流量を測定する流量センサを用いる請求項６記載のガスレーザ加工機。
【請求項１０】
レーザガス排出量検出手段として、前記副排出機構に流量を測定する流量センサを用いる請求項６記載のガスレーザ加工機。
【請求項１１】
レーザガス排出量検出手段として、前記副排出機構の少なくとも２箇所以上にガス圧力検出手段と、ガス圧力検出手段よりの信号に基づき演算を行う手段を設けた請求項６記載のガスレーザ加工機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は送風機によってレーザガスを循環するガスレーザ発振装置およびガスレーザ加工機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
送風機によってレーザガスを循環する従来のレーザ発振装置は、送風機の駆動部分のオイルがレーザガス中に漏れでないように構成していた（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図７は従来のレーザ発振装置１２０の構成図である。
【０００４】
図７において、従来のレーザ発振装置１２０には、レーザガスを循環させるための送風機１０８と、上記レーザガスを循環させるためのガス配管経路１０３と、上記ガス配管経路１０３にレーザガスを供給するレーザガス供給手段である供給側電磁弁１１０および装置外部に配置されるレーザガスボンベ１３０と、ガス配管経路１０３のレーザガスを排出するレーザガス排出手段である流量制限器１１１に直列接続された通常排出側電磁弁１１２と急速排出側電磁弁１１３および排気ポンプ１１４と、上記送風機１０８内のモータ室１０８ｃの減圧を行うモータ室減圧手段である流量制限器１１１および急速排出側電磁弁１１３に接続する配管経路とオイルトラップ１１６を有するレーザ発振装置１２０において、上記送風機１０８の翼車室１０８ｂとモータ室１０８ｃの圧力差を検出する差圧検出手段１４５と、予め上記送風機１０８の翼車室１０８ｂとモータ室１０８ｃの最低圧力差を差圧下限基準値として設定された差圧下限基準値設定部１４４と、上記差圧検出手段１４５の出力信号と上記差圧下限基準値設定部１４４に設定された差圧下限基準値とを比較する差圧下限比較部１４３と、予め上記送風機１０８の翼車室１０８ｂとモータ室１０８ｃの最高圧力差を差圧上限基準値として設定された差圧上限基準値設定部１４７と、上記差圧検出手段１４５の出力信号と上記差圧上限基準値設定部１４７に設定された差圧上限基準値とを比較する差圧上限比較部１４６と、上記差圧下限比較部１４３および差圧上限比較部１４６の出力をカウントまたは積分する積分手段１４２と、上記積分手段１４２の出力が所定値を超えた場合に警報を発生させる警報手段１４１を有した差圧監視装置１５０を有している。
【０００５】
図８は従来のガスレーザ発振装置１２０の送風機１０８手段周辺の構成図である。送風機１０８はレーザガスを高速循環させるための翼車１０８ａを有した翼車室１０８ｂと、翼車１０８ａを高速回転させるためのモータを有したモータ室１０８ｃに大別される。上記翼車室１０８ｂとモータ室１０８ｃの間にはシール１０８ｄが挿入されモータ室１０８ｃ内の潤滑油１０８ｅが翼車室１０８ｂに漏れないように構成されていた。
【特許文献１】特開２００３−１１０１７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した従来のレーザ発振装置は、配管や電磁弁へのオイルミストの付着を防止できるが、構造が複雑でコストが高くなるという課題を有していた。
【０００７】
また、配管中に液化したオイルが付着および固化し経時的に配管が詰まってくる配管詰まりは、メンテナンスを行えば容易に回復するため、如何に配管詰まりを早期に検出できるかが大きな課題であった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明は、レーザガスを励起する放電手段と、レーザガスを送風する送風手段と、前記放電手段と送風手段との間のレーザガスの循環経路を形成するレーザガス経路と、前記送風手段を駆動する駆動部と、前記レーザガス経路にレーザガスを供給するための少なくとも一つ以上の弁を備えた供給機構と、前記レーザガス経路からレーザガスを排出するための少なくとも一つ以上の弁を備えた主排出機構と、前記駆動部からレーザガスを排出する副排出機構と、前記主排出機構と副排出機構との合計もしくは副排出機構のレーザガス排出量の検出手段を備え、前記主排出機構の弁の開時と閉時のそれぞれにおけるレーザガス排出量を比較する制御装置を設けたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、長期に渡って安定して使用できる信頼性の高いガスレーザ発振装置およびガスレーザ加工機を安価に提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を用いる軸流型ガスレーザ発振装置の概略構成の一例を図５に示す。
【００１１】
図５に於いて、１はガラスなどの誘電体よりなる放電管であり、２、３は前記放電管周辺に設けられた電極である。４は前記電極に接続された電源である。５は前記電極２、３間に挟まれた放電管１内の放電空間である。６は全反射鏡、７は部分反射鏡であり、この全反射鏡６、部分反射鏡７は前記放電空間５の両端に固定配置され、光共振器を形成している。８は前記部分反射鏡７より出力されるレーザビームである。矢印９はレーザガスの流れる方向を示しており、軸流型ガスレーザ発振装置の中を循環している。１０はレーザガス流路であり、１１および１２は放電空間５における放電と送風機の運転により温度上昇したレーザガスの温度を下げるための熱交換機、１３はレーザガスを循環させるための送風手段であり、この送風手段１３により放電空間５にて約１００ｍ／ｓｅｃ程度のガス流を得ている。レーザガス流路１０と放電管１は、レーザガス導入部１４で接続されている。
【００１２】
次に本発明の実施の形態を用いるレーザ加工機の概略構成の一例を図６に示す。
【００１３】
図６に於いて、レーザビーム８は、反射鏡１５にて反射され、ワーク１６近傍へ導かれる。レーザビーム８は、トーチ１７内部に備えられた集光レンズ１８によって高密度のエネルギビームに集光され、ワーク１６に照射され、加工が行われる。ワーク１６は加工テーブル１９上に固定されており、Ｘ軸モータ２０あるいはＹ軸モータ２１によって、トーチ１７はワーク１６に対して相対的に移動する事で、所定の形状の加工が行われる。
【００１４】
送風手段１３より送り出されたレーザガスは、レーザガス流路１０を通り、レーザガス導入部１４より放電管１内へ導入される。この状態で電源４に接続された電極２、３から放電空間５に放電を発生させる。放電空間５内のレーザガスは、この放電エネルギーを得て励起され、その励起されたレーザガスは全反射鏡６および部分反射鏡７により形成された光共振器で共振状態となり、部分反射鏡７からレーザビーム８が出力される。このレーザビーム８がレーザ加工等の用途に用いられる。
【００１５】
次に本発明の実施の形態を図面によって説明する。
【００１６】
図１は本発明の実施の形態例のレーザ発振装置の要部の構成図である。
【００１７】
レーザガス流路中のガス圧はガス圧センサ２８によって常時監視されており、前記ガス圧センサ２８、およびガス供給機構２９は、制御装置３０に接続されている。前記ガス供給機構２９を前記制御装置３０によって制御する事により、二つの排出機構から排出された分を補う形でガス供給機構２９によって新鮮なレーザガスを外部より供給し、レーザガス流路中のガス圧は、常時一定に保たれている。
【００１８】
通常、ガス供給機構２９には供給弁３１が設けられており、レーザガス流路中のガス圧が一定の値以下となると、ガス圧の制御装置３０によって弁が開かれ、レーザガス流路中にガスが供給される。ガスの供給によりレーザガス流路中のガス圧が一定値以上になると、弁が閉じられる。
【００１９】
主排出機構２５のレーザガス排出経路には、排出弁３２が設けられている。排出弁３２は、常時開いており、一定量のレーザガスが通過している。
【００２０】
真空ポンプ２７からは、例えば約１０Ｌ／ｈのガスが常時排出されている。この内訳は、主排出機構２５から９Ｌ／ｈ、副排出機構２６から１Ｌ／ｈ程度の割合である。主排出経路に対して、副排出経路は、経路の径を小さく設定しており、経路の抵抗の差により、排出量の差が発生するように設計的に設定されている。真空ポンプ２７からのガス排出により、レーザガス流路１０の圧力が減少する。この圧力はガス圧センサ２８で常時監視されており、供給弁３１が開閉する事で、減少分のガスを補給している。供給弁３１の動作は、以下のようになる。ガス圧が一定値、例えば２０．０ｋＰａ以下になると、制御装置３０から供給弁３１へ開信号が発せられ、ガスの供給が開始される。ガスの供給により、０．５秒程度でレーザガス流路中の圧力は一定値、例えば２１．０ｋＰａに達し、供給弁３１は閉じられる。供給弁の開閉とは関係無く、常時真空ポンプ２７からガス排出が継続されている。供給弁３１が閉じると、レーザガス流路中の圧力は、２１．０ｋＰａから徐々に減少し、約１９〜２０秒で２０．０ｋＰａまで減少する。圧力が２０．０ｋＰａになると、再度供給弁３１が開く。よって、この繰り返しサイクル、すなわち供給弁の開閉周期は約２０秒となる。もし何らかの理由により真空ポンプ２７からのガス排出量が減少すると、レーザガス流路中の圧力減少の単位時間当たりの割合も低下するため、供給弁３１の開閉周期も長くなる。例えば、真空ポンプ２７からのガス排出量が通常時の約１０Ｌ／ｈから約５Ｌ／ｈになると、供給弁３１の開閉周期も、通常の約２０秒から約４０秒程度へ伸びる事になる。すなわち供給弁３１の開閉周期を制御装置３０で監視すれば、間接的に真空ポンプ２７からのガス排出量を求める事が出来る。
【００２１】
ここで、副排出経路２６が経時的にオイルにより詰まってきた場合を考えてみる。副排出経路２６からの排出量は、主排出経路２５に比べて非常に小さいため、仮に副排出経路２６が詰まって、排出量が減少したとしても、その分、主排出経路からの排出量が増えるだけであり、真空ポンプ２７からのガス排出量は１０Ｌ／ｈのまま、ほとんど変わらない。よって、真空ポンプ２７からのガス排出量を直接監視、あるいは上述した通り、供給弁３１の開閉周期を利用して間接的に監視したとしても、副排出経路２６詰まりによりガス排出量の変化を検出することは非常に難しい。仮にある値をスレッシュホールドとして設定したとしても、誤動作の可能性が高く、実用的とは言えない。
【００２２】
本実施の形態のポイントは、主排出機構２５に設けた排出弁３２にある。通常は排出弁３２は開いたままの状態であるが、運転中に一定時間、排出弁３２閉じてみる。すると真空ポンプ２７からの排出は、副排出経路２６のみとなる。副排出経路２６のオイルミストなどによる詰まりがほとんど無い状態では、真空ポンプ２７からの排出量は１０Ｌ／ｈのまま、ほとんど変化しない。これは元々主排出経路２５から排出していた分のガスまで、副排出経路から排出するように圧力バランスが自然と変化するためである。一方、副排出経路２６がオイルミストなどによりほとんど完全に目詰まりを起こしている場合、排出弁３２を閉じると、真空ポンプ２７からのガス排出量は、大きく減少し、初期状態１０Ｌ／ｈから例えば１〜２Ｌ／ｈまで減少する。
【００２３】
よって排出弁３２を開いている時と閉じた時とでの、真空ポンプ２７からのガス排出量を制御装置３０で監視し、相互に比較する、あるいは所定の値と比較する事で、副排出機構２６の目詰まりを検出出来る。この時に制御装置３０からアラームを発し、使用者に副配管機構２６内の清掃を促す事で、駆動部２２内のオイル３２から発したオイルミストがレーザガス流路１０中に侵入する事を未然に防止する事が出来る。
【００２４】
なお、発明者らは、主排出機構２５自体を廃止し、最初から副排出機構２６のみで、レーザガスの排出を行う案も検討したが、この場合、送風手段１３部と駆動部２２との圧力差は常に一定以上確保する事が出来ると考えられ、オイルミストのレーザガス流路への侵入に対しては効果があるが、但し、本来の主排出機構の機能である乖離したレーザガスを約１０Ｌ／ｈ排出し続けるという役割を果たす事が困難となる。なぜなら副排出機構は、わずか数１０μｍの隙間しか無い隔壁部２４を介して、レーザガスの流れを形成しているため、１０Ｌ／ｈのオーダーのガス排出を実現する事は非常に難しいからである。
【００２５】
本実施の形態において、副排出機構の目詰まり検出のために排出弁３２を閉じる期間は、数分程度で充分であり、その時間で判定を行う事が出来る。通常運転時に、本判定シーケンスを数時間に１回行う事で、副配管機構２６の詰まりを検出出来る。排出弁３２を長時間（数１０分以上）閉じた場合、乖離したレーザガスの排出不充分によりレーザ出力の低下などの２次災害が考えられるが、数分程度であれば問題ない。
【００２６】
本実施の形態において、真空ポンプ２７よりのガス排出量変化を検出する手段としては、図１に示す通り、供給弁の開閉周期により間接的に求める方法が可能である。他にも、図２のように主排出機構と副排出機構の合流位置の下流、あるいは図３のように副排出機構の途中に、流量センサ３４を設ける事も可能である。あるいは、図４のように副排出機構の２箇所に圧力検出ポートを設け、圧力差により流量を検出する事も可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明によって、送風機を用いたガスレーザ発振装置およびガスレーザ加工機に関して、特に長期に渡って安定して使用できる高い信頼性を安価な構成で提供でき産業上有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態例のレーザ発振装置およびレーザ加工機の要部の構成図
【図２】本発明の他の実施の形態例のレーザ発振装置およびレーザ加工機の要部の構成図
【図３】本発明の他の実施の形態例のレーザ発振装置およびレーザ加工機の要部の構成図
【図４】本発明の他の実施の形態例のレーザ発振装置およびレーザ加工機の要部の構成図
【図５】ガスレーザ発振装置の構成図
【図６】ガスレーザ加工機の構成図
【図７】従来のガスレーザ発振装置の構成図
【図８】従来のガスレーザ発振装置の送風手段の要部の構成図
【符号の説明】
【００２９】
１      放電管
２      電極
３      電極
４      電源
５      放電空間
６      全反射鏡
７      部分反射鏡
８      レーザビーム
９      レーザガスの流れる方向
１０    レーザガス流路
１１    熱交換器
１２    熱交換器
１３    送風機
１４    レーザガス導入部
１５    反射鏡
１６    ワーク
１７    トーチ
１８    集光レンズ
１９    加工テーブル
２０    Ｘ軸モータ
２１    Ｙ軸モータ
２２    駆動部
２３    軸
２４    隔壁部
２５    主排出機構
２６    副排出機構
２７    真空ポンプ
２８    ガス圧センサ
２９    ガス供給機構
３０    制御装置
３１    供給弁
３２    排出弁
３３    オイル
３４    流量センサ
３５  圧力ポート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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